Chronologie der Forschungsbohrung Frankfurt-Rebstock
Die Informationen über den Stand und die wissenschaftlichen Arbeiten rund um die Forschungsbohrung Frankfurt-Rebstock werden in regelmäßigen Abständen aktualisiert.
Vom 10.10. - 26.10.2023 erfolgte ein Pumpversuch mit Förderung aus dem perforierten Bereich im Rotliegend (960 Löcher in der Verrohrung mit 6 mm Durchmesser auf den Perforationsstrecken bei 930-960 m und 1030-1050 m Teufe). Am 10.10. startete der Pumpversuch ausgehend von einem Ruhewasserspiegel bei 4,60 m unter Geländeniveau mit einer Förderleistung von 1,5 Liter/Sekunde und mehrmaligem An- und Abschalten der Pumpe. Zweck war das Freispülen der Bohrung. Ab 13.10. wurde dann mit einer konstanten Förderleistung von 0,5 l/s eine gleichbleibende Absenkung des Wasserspiegels auf ca. 132 m u. GOK erreicht (Beharrung). Am 18.10. wurde der Pumpbetrieb beendet und bis 27.10. der Wiederanstieg des Wasserspiegels auf das Ausgangsniveau gemessen.
Am 18.10. erfolgte eine Wasserprobennahme vor Abstellen der Pumpe durch das Institut für Angewandte Geowissenschaften der TU Darmstadt und die Firma Vulcan Energie Ressourcen GmbH. Insgesamt wurden bei den Pumpversuchen im August und Oktober 370 m³ gefördert, die komplette Bohrspülung wurde entfernt und das natürliche Formationswasser konnte somit beprobt werden. Die Temperatur an der Pumpe in 200 m Tiefe betrug ca. 40°C und am Auslauf übertage max. 38°C, die elektrische Leitfähigkeit 192 mS/cm, der pH-Wert 6,28.
Ende Oktober 2023 wurden die Arbeiten an der Bohrung vor Ort abgeschlossen und die genaue Beschreibung und Auswertung aller Messungen, Analysen und der geologischen Situation begonnen. Erste Ergebnisse sind im Jahresbericht 2023 des HLNUG veröffentlicht (in Vorbereitung).
Förderung von Thermalwasser beim Pumpversuch
22.09. bis 13.10.: Aufbau einer neuen Bohranlage und „Workover“: Freibohren des nicht verrohrten unteren Abschnitts im Rotliegend und Einbau einer Verrohrung im unteren Abschnitt mit Perforation. Anschließend Pumpversuche zur Beseitigung der Bohrspülung, Klarspülen und Entnahme von Wasserproben für Analytik des Formationswassers im Rotliegend.
Mittwoch, 13.09.2023: Auf dem Geothermieforum Hessen werden Stand der Arbeiten und erste Ergebnisse der Forschungsbohrung Rebstock mit 3 Vorträgen präsentiert.
Erbohrtes Schichtprofil (rechts) im Vergleich mit dem prognostizierten Profil (links), 4 Bohrsektionen mit teleskopierter Verrohrung (mit Durchmesserangabe), verrohrte und perforierte Bohrlochstrecke im Permokarbon (Stand Oktober 2023).
Do, 10.08.: Probennahme HLNUG und TU Darmstadt aus Steigrohr 20 m bei Pumpenausbau. Leichte Kohlendioxidentgasung. Ab 11.08. Rückbau der Baustelle und Abzug des Bohrgeräts.
Pumpversuch 07.08. - 08.08.:
Mo, 07.08.: 11:15 Beginn Pumpversuch, Fördermenge schwankt zwischen 2 und 4 l/s, 14:15 Abstellen Pumpe, RwSp 35 m , Absenkung auf 140 m, bis 17:00 Wiederanstiegsmessung (bis 70 m) Temperatur: 34°C. Im letzten Pumpintervall Temp. 38,5 °C
17:00 Wiederanstiegsmessung, 12 l/s, Abs. 136 m, Fördermenge geht runter bis 0,47 l/s, bis 20:00 0,47-0,55 l/s, Wasserspiegel 19:13: 127, 30. Beharrung bei 0,5 l/s bei 140 m, Wiederanstieg 5:00 am 08.08.: 50,20 m , 8:15: 49,67 m, 28,4°C
08.08.: 9:00 Uhr Pumpe wieder eingeschaltet. 17:50 Uhr Abbruch des Pumpversuchs wegen Pumpendefekt.
LIAG Geophysik 03.08.- 04.08.
LIAG Geophysik unterhalb Checktrip-Gestänge bis Endteufe: 1011,7 -1060 m Spektral-Gamma, akustischer Televiewer, Sonic & Gamma. Anschließend am 04.08. Hochziehen des Checktrip-Gestänges auf 939 m (nicht auf 900 m (Rohrschuh 6 ¼“), weil oberhalb brüchiges Gebirge). Tools gehen nicht tiefer als 945 m trotz mehrmaligem Drehen und Spülen.
11. & 12.07.2023: Bohrlochgeophysikalische Messungen des Leibniz-Instituts für Angewandte Geophysik (LIAG). Messungen waren nur bis 930 m Teufe möglich, die Messsonde stand dort auf einem Hindernis im Bohrloch auf.
Einführen der Messsonde in die Verrohrung
Im Messwagen des LIAG. In Bildschirmmitte die Temperaturkurve, 60°C in 1060 m.
Die Bohrung erreicht die Endteufe von 1060 m. Aufgrund von hohen Spülungsverlusten beim Bohren und auffälligem Kohlenwasserstoffgeruch der Bohrkerne wird entschieden, die Bohrung nicht bis zu den ursprünglich angestrebten 1100 m weiterzuteufen.
Zwischen 900 m und Endteufe stehen sehr dunkle, teil schwarze organikreiche Ton- und Siltsteine mit gelegentlichen mm-dünnen Steinkohlelagen und graue, schlecht sortierte Sandsteine und Feinkonglomerate, teilweise mit Komponenten kristallinen Grundgebirges an. Es wurden mehrere Störungsbrekzien durchfahren, außerdem ein heller rhyolithischer Vulkanit bei 953 m (1 m mächtig) und bei 1008 m ein Stromatolithenkalkstein (siehe unten). Insgesamt sind durch die Spülungsverluste (bis 18 m³/Tag) gute Durchlässigkeiten zu vermuten, auch anhand der Kernproben der geklüfteter Sandsteine und Konglomerate, die bis Endteufe im Wechsel mit Ton-Siltsteinen anstehen.
Die Bohrkerne bis zur Endteufe wurden in das Bohrkernlager des HLNUG in Hünstetten-Limbach zur näheren Beschreibung und Untersuchung, z.B. mithilfe von Dünnschliffen der Sedimente und der Vulkanite und Altersbestimmungen an inkohlten Partien gebracht.
Bohrprofil und Ausbau
Stromatolithenkalkstein aus 1007,9 bis 1008,3 m Tiefe. Liegendes: Rechter Bildrand, Hangendes: linker Bildrand
29.06.: In der Nacht wurde die Teufe von 1000 m erreicht, am 30.06. um 7:00 Uhr morgens war die Bohrung 1011 m tief.
Ab 17.06. wurde aus der bei 900 m abgesetzten 5 ½“ Verrohrung die Bohrung ab 902,25 m als Kernbohrung weitergeteuft mit 4 ½“ Durchmesser.
10. + 11.06.: Es erfolgte der Einbau der 5 ½" (139,7 mm) Verrohrung bis 900 m mit anschließender Zementierung.
07.06.: Eine Teufe von 900 m wurde erreicht. In diesem Bereich liegt die Grenze vom Rotliegend zum Tertiär. Die Projektbeteiligten beschließen, bei 900 m Teufe die 5 ½“-Verrohrung abzusetzen.
Ab 01.06. wurde die Bohrung als Kernbohrung 5 ½“ ausgeführt. Sie durchteufte zwischen 838,5 m bis 880,5 m Tertiär (Pechelbronn-Formation). Ab 902,25 m wurde als Bohrverfahren wieder die direkte Rotary-Spülbohrung gewählt.
Die Bohrung Rebstock ist 695 m tief und hat bislang noch nicht den Zielhorizont, das Rotliegende, angetroffen. Dies ist ein sehr interessantes Ergebnis: Die tertiäre Schichtabfolge ist demnach wesentlich mächtiger als durch die bislang spärliche Datenlage über den tieferen Untergrund von Frankfurt bisher anzunehmen war. So wurde im prognostischen Vorprofil der Bohrung die Tertiär/Rotliegend-Grenze bei 380 m angenommen.
Eine Ankerrohrtour wurde Ende März bei 357 m abgesetzt, das Weiterteufen begann in der Karwoche mit 273 mm Bohrdurchmesser im Rotary-Direktspülverfahren bei einem guten Bohrfortschritt bis zu 70 m pro Tag.
Bei der angetroffenen Lithologie handelt es sich um ein homogenes Paket aus vorwiegend plastisch-weichen sowie im geringeren Umfang steifen/halbfesten Tonmergeln/Mergeltonen bzw. Mergeln.
Der Rohreinbau eines eingehängten 219 mm Liners erfolgte am 25.04.23 bis 688 m. Die Zementation schloss sich Ende April an. Danach soll dann aus dem Liner heraus eine 178 mm Rotary-Spülbohrung durch das Tertiär mit anschließender 140 mm Verrohrung bis zum Top des Rotliegend erfolgen.
Das Rotliegend soll anschließend durch eine 114 mm Seilkernbohrung erschlossen werden, möglichst bis zur Rotliegend-Basis bzw. bis zur Obergrenze des kristallinen Untergrundes. Anschließend sind geophysikalische Bohrlochmessungen und Pumpversuche geplant.
Bohrtechnische Probleme haben die Bohrarbeiten bis Mitte März stark verzögert. Mit dem dann erfolgten Wechsel zu einem größeren Bohrgerät sowie Wechsel des Bohrverfahrens vom sogenannten „Luftheben“ zum „direkten Spülen“, wurden in der letzten Woche bis zu 50 m Bohrfortschritt an nur einem Tag erreicht.
Am frühen Morgen des 23.03.2023 hat die Forschungsbohrung nun einen von zwei „Rekorden“ gebrochen, den eine Bohrung in Sachsenhausen seit 130 Jahren innehatte. Die im Jahr 1893 zur Erschließung von Brauwasser niedergebrachte Bohrung war mit 286 m die bisher tiefste Bohrung im Frankfurter Stadtgebiet, mit der gleichzeitig mit 30 °C die bis heute höchste Temperatur im Frankfurter Untergrund gemessen wurde.
Mit der am frühen Morgen des 23.03.2023 erreichten Bohrtiefe von 292 m ist nun die Forschungsbohrung am Rebstockbad ab jetzt die tiefste Bohrung im Frankfurter Stadtgebiet. Ob bzw. ab welcher Bohrtiefe auch ein neuer „Temperatur-Rekord“ aufgestellt wird, kann erst nach Abschluss der Bohrarbeiten und somit voraussichtlich Ende Mai 2023 geprüft werden. Die Anzeichen sprechen zurzeit dafür: Die Bohrspülung hat bei 250 m Bohrtiefe eine Temperatur von 31°C, etwa doppelt so hoch wie bei einem normalen geothermischen Gradienten zu erwarten ist.
Nach Setzen des Standrohres in Bohrsektion 2 und Zementieren des Ringraums bis Ende Dezember 2022 haben am 05.01.2023 die Arbeiten an der Bohrlochsektion 3 begonnen. Diese soll mit einem Durchmesser von 14 ¾ Zoll bzw. 374 mm im sog. Lufthebeverfahren bis auf eine Tiefe von 350 m niedergebracht werden.
Am 30.01.2023 wurde eine Tiefe von 157,2 m erreicht. Der für den Frankfurter Untergrund bekannte Wechsel von Tonen und Kalksteinen erweist sich aktuell als unerwartete Herausforderung: bei dem aufgrund des großen Bohrdurchmessers erforderlichen Lufthebeverfahren tritt die Bohrspülung mit dem Bohrgut durch den Bohrkopf in das Bohrgestänge ein und wird hierin zutage gefördert. Seit Beginn der Bohrsektion 3 kommt es dabei häufig zu einem Verstopfen des Bohrmeißels durch zerbohrte Tone oder Gesteinsbruchstücke, was einen Ausbau des gesamten Bohrgestänges, die Reinigung des Bohrmeißels und den erneuten Einbau des Bohrgestänges erfordert. Der sich innerhalb der miozänen Schichtenfolge wiederholende Wechsel von Tonen und Kalksteinbänken erfordert einen Wechsel des Bohrmeißels von Flügelmeißel (eingesetzt bei Tonen) zu Rollenmeißel (eingesetzt bei Kalksteinen) und anders herum.
Spülproben (Cuttings) aus der Bohrung, 71-80 m Tiefe
Bis Ende Oktober 2022 wurde der Bohrkeller angelegt, anschließend bis 15 m Tiefe mit einem Seilbagger gebohrt (Bohrsektion 1), sowie ein Hilfsstandrohr mit 660 mm Durchmesser eingebaut.
Die eigentlichen Bohrarbeiten begannen am 05. Dezember mit der Inbetriebnahme der Bohranlage.
Am 13. Dezember fand auf Einladung des Auftraggebers der Bohrung, des Energiereferats der Stadt Frankfurt, eine Pressekonferenz zur Besichtigung der Bohrstelle statt.
Die Bohrung mit einem Bohrdurchmesser von 58,4 cm erreichte am 20.12.2022 die Absetztiefe für das Standrohr von 58 m (Bohrsektion 2). Sie durchteufte im oberen Bereich Sande und Tone des Pleistozäns und Pliozäns und ab ca. 40 m miozäne Tone, unterbrochen von Braunkohle zwischen 54 und 57 m.
